Překvapivý objev: Bílkovina ve tvaru koblihy se musí rozlomit, aby spustila dělení bakterií

Vědci z Univerzity Autònoma de Barcelona (UAB) odhalili molekulární mechanismus, který řídí dělení bakteriálních buněk.

Vědci z Univerzity Autònoma de Barcelona (UAB) odhalili molekulární mechanismus, který řídí dělení bakteriálních buněk. Zjistili, že protein MraZ, který má obvykle tvar koblihy složené z osmi podjednotek, se musí ohnout a částečně rozlomit, aby se mohl navázat na klíčové sekvence DNA a aktivovat geny spouštějící dělení.

Buněčné dělení je nezbytné pro všechny živé organismy a závisí na koordinované aktivitě mnoha proteinů a regulačních složek. U většiny bakterií jsou instrukce pro tento proces uspořádány ve skupině genů známé jako dcw operon. Tento shluk obsahuje genetickou informaci potřebnou k produkci proteinů zodpovědných jak za buněčné dělení, tak za konstrukci bakteriální buněčné stěny.

Jedním z transkripčních faktorů, které aktivují geny v tomto operonu, je právě MraZ. Když MraZ aktivuje operon, geny v klastru produkují proteiny potřebné pro dělení bakterií. Tímto způsobem MraZ působí jako klíčový regulátor kontrolující aktivitu operonu, který řídí buněčné dělení u většiny bakteriálních druhů.

Tým profesora Davida Revertera z UAB použil pokročilé metody strukturní biologie, včetně rentgenové krystalografie a kryo-elektronové mikroskopie, aby detailně prozkoumal tento mechanismus. Tyto techniky umožnily vědcům určit, jak se transkripční faktor MraZ váže na promotor dcw operonu u bakterie Mycoplasma genitalium, která je často využívána v laboratorních studiích díky svému extrémně malému genomu.

Promotorová oblast dcw operonu obsahuje čtyři opakované segmenty, neboli „boxy“, z nichž každý se skládá ze šesti nukleotidů. Pozorování pomocí kryo-elektronové mikroskopie ukázala, že MraZ musí projít zásadní strukturní změnou, aby se mohl úspěšně navázat na operon. „Je to překvapivé pozorování. Protein MraZ je oktamer tvořený osmi identickými podjednotkami spojenými do tvaru koblihy, ale s takovým zakřivením, které by nikdy neumožnilo spojení se čtyřmi ‚boxy‘ promotoru. Aby však reguloval buněčné dělení, vidíme, jak se kobliha láme a deformuje tak, že se čtyři z podjednotek mohou připojit ke čtyřem boxům promotoru,“ vysvětluje David Reverter.

Přímá vizualizace interakce MraZ s promotorovou DNA, která iniciuje buněčné dělení, představuje významný průlom. Dosud se výzkumníci spoléhali převážně na biochemické experimenty a počítačové modelování. Tento regulační systém je pravděpodobně univerzální pro většinu bakterií, jelikož všechny proteiny MraZ jsou velmi podobné, mají stejnou oktamerovou strukturu a DNA sekvence promotorů operonů regulujících buněčné dělení jsou rovněž podobné.